基于2005～2015年东北旱作区85县市的粮食单产数据和土壤属性数据，探讨了东北旱作区粮食单产冷热点时空格局演变特征，并分析了不同冷热点区耕层特征的差异。结果表明:(1)2005、2010和2015年东北旱作区粮食单产全局Moran’s I值分别为0.57、0.41、0.65，呈现明显空间集聚特征。吉林省旱作区中部、黑龙江省旱作区南部县市是稳定的粮食单产热点区；而各级冷点区在吉林省旱作区西部和黑龙江省旱作区北部、西南部集中连片分布。(2)粮食单产一、二级热点区土壤容重在10～20 cm土层最高，分别为1.51 g cm-3、1.53 g cm-3，呈现亚表层较高的特点。粮食单产一级冷点区各土层深度有机质含量均大于其他类型区；而二级热点区各土层深度有机质含量均小于其他类型区。(3)东北旱作区56.00%的样点耕层厚度在15～25 cm之间，53.03%的样点压实层厚度在5～10 cm之间。一级热点区耕层厚度在15～25 cm和压实层厚度在5～10 cm的样点各占该类型区样点数的81.82%和68.18%，呈现"耕层较厚、压实层厚度适中、穿透阻力相对较小"的特点。